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Begriffe

• AminOrganische Verbindungen oder die funktionelle Gruppe, die ein basisches Stickstoffatom mit einem einsamen Elektronenpaar enthält.
• chiralWörtlich „Händigkeit“; bezieht sich auf eine Verbindung, in der zentrale Atome an mehrere verschiedene Substituenten gebunden sind, so dass das Spiegelbild der Verbindung nicht mit dem Original identisch ist.
• aliphatischVon einer Klasse organischer Verbindungen, bei denen die Kohlenstoffatome in einer offenen Kette angeordnet sind.
• InversionFür ein sekundäres oder tertiäres Amin, das an drei verschiedene Substituenten gebunden ist, die Umkehrung der drei Bindungen um das zentrale N-Atom, wodurch das entgegengesetzte Stereoisomer entsteht.

Die funktionelle Gruppe Amin enthält ein basisches Stickstoffatom mit einem einsamen Elektronenpaar. Als solche ist die Gruppe ein Derivat von Ammoniak, bei dem ein oder mehrere Wasserstoffatome durch einen kohlenstoffhaltigen Substituenten ersetzt wurden. Verbindungen, bei denen die Stickstoffgruppe an ein Carbonyl innerhalb der Struktur gebunden ist, werden als Amide bezeichnet und haben die Struktur R-CO-NR’R“. Amingruppen, die an eine aromatische (konjugierte cyclische) Struktur gebunden sind, werden als aromatische Amine bezeichnet. Die aromatische Struktur verringert effektiv die Alkalität des Amins, während die Anwesenheit der Amingruppe die Reaktivität des Rings aufgrund eines elektronenspendenden Effekts deutlich verringert. Bei der Benennung einer Aminverbindung wird die Vorsilbe „Amino-“ oder die Nachsilbe „-amin“ verwendet. Eine organische Verbindung mit mehreren Aminogruppen wird als Diamin, Triamin, Tetramin usw. bezeichnet.

Aminstruktur

Amine werden im Allgemeinen in Kategorien auf der Grundlage ihrer Bindungsumgebung eingeteilt. Amine, bei denen eines ihrer drei Wasserstoffatome durch einen Alkyl- oder aromatischen Substituenten ersetzt ist, werden als primäre Amine bezeichnet. Sekundäre Amine sind solche, bei denen zwei Substituenten und ein Wasserstoff an einen Stickstoff gebunden sind. Tertiäre Amine sind Amine, deren Wasserstoffatome vollständig durch organische Substituenten ersetzt worden sind. Zyklische Amine schließlich sind solche, bei denen der Stickstoff in eine Ringstruktur eingebunden ist, wodurch sie entweder zu einem sekundären oder tertiären Amin werden. Die allgemeine Struktur eines Amins enthält ein Stickstoffatom, ein einsames Elektronenpaar und drei Substituenten. Es ist jedoch auch möglich, vier organische Substituenten am Stickstoff zu haben, was es zu einem Ammoniumkation mit einem geladenen Stickstoffzentrum macht.

Physikalische Eigenschaften von Aminen

Amine können Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Daher sind die Siedepunkte dieser Verbindungen höher als die der entsprechenden Phosphine, aber niedriger als die der entsprechenden Alkohole, die stärker wasserstoffbinden. Amine zeigen auch eine gewisse Löslichkeit in Wasser. Die Löslichkeit nimmt jedoch mit zunehmender Anzahl der Kohlenstoffatome ab, was auf die erhöhte Hydrophobie der Verbindung mit zunehmender Kettenlänge zurückzuführen ist. Aliphatische Amine, das sind Amine, die mit einer Alkylkette verbunden sind, zeigen Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln. Aromatische Amine, d. h. Amine, die an einem konjugierten Ring beteiligt sind, geben ihr einsames Elektronenpaar an den Benzolring ab, so dass ihre Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen einzugehen, abnimmt. Dies führt zu einer Abnahme ihrer Löslichkeit in Wasser und zu hohen Siedepunkten.

Säure und Alkalinität von Aminen

Amine vom Typ NHRR‘ und NR’R „R“‚ sind chirale Moleküle und können eine Inversion erfahren. Da die Barriere für die Inversion recht niedrig ist (~7 kcal/mol), können diese Verbindungen optisch nicht aufgelöst werden. Amine sind Basen, und ihre Basizität hängt von den elektronischen Eigenschaften der Substituenten (Alkylgruppen verstärken die Basizität; Arylgruppen verringern sie), der sterischen Hinderung und dem Grad der Solvatisierung des protonierten Amins ab. Im Allgemeinen erhöht der Effekt der Alkylgruppen die Energie des einsamen Elektronenpaares und damit die Basizität. Daher kann man davon ausgehen, dass die Basizität eines Amins mit der Anzahl der Alkylgruppen am Amin zunimmt. Zusätzlich delokalisiert der Effekt des aromatischen Rings das einsame Elektronenpaar am Stickstoff in den Ring, was zu einer verminderten Basizität führt. Die Solvatation von protonierten Aminen ändert sich bei ihrer Umwandlung in Ammoniumverbindungen. Typischerweise zeigen die Salze von Ammoniumverbindungen die folgende Reihenfolge der Löslichkeit in Wasser: primäres Ammonium (RNH3+) > sekundäres Ammonium (R2NH2+) > tertiäres Ammonium (R3NH+). Quaternäre Ammoniumsalze weisen in der Regel die geringste Löslichkeit der Reihe auf.

Aminherstellung und Reaktivität

Industriell werden Amine aus Ammoniak durch Alkylierung mit Alkoholen hergestellt. Sie können auch durch Reduktion von Nitrilen zu Aminen mit Wasserstoff in Gegenwart eines Nickelkatalysators hergestellt werden. Amine sind aufgrund ihrer Basizität sowie ihrer Nukleophilie sehr reaktiv. Die meisten primären Amine sind gute Liganden und reagieren mit Metallionen unter Bildung von Koordinationskomplexen. Eine der wichtigsten Reaktionen für Amine ist die Bildung von Iminen, also organischen Verbindungen, bei denen der Stickstoff an einer Doppelbindung beteiligt ist, bei der Reaktion mit Ketonen oder Aldehyden.

Anwendungen von Aminen

Amine sind in der Biologie allgegenwärtig. Viele wichtige Moleküle basieren auf Aminen, wie z. B. Neurotransmitter und Aminosäuren. Sie werden unter anderem als Ausgangsmaterial für Farbstoffe und als Modelle für das Design von Medikamenten verwendet. Sie werden auch für die Gasbehandlung verwendet, z. B. zur Entfernung von CO2 aus Verbrennungsgasen.